聚合物鋰電池軟包裝材料鋁塑膜的性能評價方法

萬玲玉 卞沛文

摘 要：聚合物鋰電池作為儲能技術研究的熱點，其軟包裝材料鋁塑膜越來越得到人們的關注。鋁塑膜是由鋁箔、聚烯烴膜和粘合劑（包括粘接性樹脂）組成的復合軟包裝材料。作為鋰電池的外殼，它必須對空氣中的水氧和電池內部的腐蝕性酸、堿、鹽以及有機溶劑等具有非常高的穩定性，它的設計、制造及應用加工技術是聚合物鋰電池行業要解決的主要技術難題之一。一款高質量的鋁塑膜必須具備以下特性：1）良好的熱封性能；2）不與電解液起反應；3）高的柔韌性、機械強度及延展性；4）內外表面均具有高的絕緣性。鋁塑膜性能的好壞對鋰電池的壽命有非常大的影響，因此針對其性能優劣的評價方法變得尤為重要。

關鍵詞：鋁塑膜；熱封；腐蝕；阻隔

軟包電池中，鋁塑膜的主要作用是外殼，因電池的正負極材料及電解液在充放電過程中極易與水和氧反應，破壞電池內部結構，所以單體電池需要保持在一個完全封閉的系統中。作為鋰電池的外殼，鋁塑膜在其中起著至關重要的作用。為了全面了解鋰電池鋁塑膜的各項性能，建立鋁塑膜的性能評價標準，篩選出性價比良好的鋁塑膜產品，需對鋁塑膜的性能評價方法進行全面的探索。

1 測試方法

1.1 外觀

目測鋁塑膜表面是否有坑點、劃痕等，各復合層間是否有雜物、氣泡等。使用千分尺取不少于10個點測量鋁塑膜的厚度和寬度，并判斷其均勻性。

1.2 熱封強度

熱封強度（內表層與內表層粘結強度/剝離強度，內表層與極耳膠粘結強度/剝離強度）：在一定的溫度、時間、壓力的封裝條件下，將兩片鋁塑膜或與極耳粘合，取一定寬度封口裁切成條，使用拉力測試設備測試剝離強度。觀察剝離后的鋁塑膜內表層是否呈均勻乳白色，要求 Al 層與內表層不分層。軟包裝材料的熱封工藝參數主要有熱封時間、熱封壓力和熱封溫度，一般情況下，新的包裝材料的應用都需要重新調整這3個參數，使熱封效果達到最佳。在熱封強度能達到要求的基礎上，考慮到熱輻射和熱傳導對電池性能的影響，熱封時間越短越好，熱封溫度越低越好。

1.3 沖深能力

沖深能力：將鋁塑膜用良好的成型模具沖深，在一定取值范圍內調整成型深度，直至鋁塑膜邊角出現破裂，記錄出現破裂前的深度最大值。

1.4 耐電解液腐蝕性能

鋁塑膜中與電解液接觸的是內層的PP層以及周邊的熱封口，這些地方必須具備良好的耐電解液腐蝕性能。將成型后的鋁塑膜先封焊兩邊，不加極耳和電芯，注入一定量的電解液，在一定溫度條件下烘烤一定的時間后進行觀察。觀察封焊成型后鋁塑膜是否有腐蝕、漏液、膨脹、分層現象。PP層的耐電解液性能可以用泡完電解液后測試剝離力來評測。檢測電解液浸泡過后的熱封強度：將經過電解液浸泡后的鋁塑膜焊接處裁剪成一定寬度的樣品，進行熱封強度的測試。

1.5 阻隔性能

鋰電池的電解液極易與水氧發生反應，降低電化學活性。鋁塑膜具有良好的阻隔性能可以很好的延長電池的循環壽命。將封裝袋置于水浴或高溫高濕環境中，一段時間后取出，觀察鋁塑膜是否異常，且通過稱重或水分測試判斷其吸水量，表征鋁塑膜的阻隔性能。

2 測試結果分析

2.1 鋁塑膜材料的外觀

作為鋰離子電池的密封外殼，鋁塑膜必須滿足表面無坑點、劃痕等，各復合層間不能有雜物、氣泡等。厚度必須要符合相應的規格要求且各處均勻，寬度符合工藝要求。

2.2 熱封強度分析

影響鋁塑膜的密封性能除了鋁塑膜本身的質量需要過關外，其周邊封口的密封效果必須滿足要求。經過對熱封時間、熱封壓力和熱封溫度的實驗探索，可以知道鋁塑膜密封后剝離有四種狀態，如圖1從左至右依次所示。

從圖中可以看出第二種狀態是最佳的熱封狀態。狀態一為未封合，狀態三與狀態四為過封，鋁塑膜內層PP已經完全溶解與中間的鋁層脫離，其中狀態四的鋁層已經被熱壓變形。

2.3 沖深能力分析

鋁塑膜的沖深后必須滿足以下條件：沖坑的四個邊角最薄處不小于原來50%的厚度、內層PP層厚度為60～65微米。否則會造成電池成型后有漏點，嚴重影響電池性能。

2.4 耐電解液性能分析

放置一定時間的注完液的電池，觀察鋁塑膜封裝袋的外觀，必須滿足四種鋁塑膜外觀平整，無任何電解液泄漏。

將其拆開倒出電解液并清洗干凈進行熱封強度的測試必須滿足2.2（熱封強度分析）中的強度分析，且內層PP上無任何污點和破損。

2.5 阻隔性能

鋰離子電池在使用的過程中是完全暴露在空氣中的，要求鋁塑膜具有良好的阻隔性能，以防水氧進入電池與內部的電池材料反應，影響電池性能。

因此通過將鋁塑膜置于水浴環境中，判斷其吸水量以表征其對水氧的阻隔性能。

3 結論

作為鋰離子電池的密封“保護傘”，鋁塑膜必須達到一定的性能要求才能保證鋰離子電池在長期的充放電循環中保持性能不衰減。

合理的測試分析方法可以使我們更好的篩選出市場上紛雜的鋁塑膜產品，選出更適用于不同鋰電池的鋁塑膜。

作者簡介：萬玲玉（1988-），女，漢族，安徽六安人，碩士，中級職稱，研究方向：儲能。